一、图像传感器的原理

成像物镜将外界照明光照射下的（或自身发光的）景物成像在物镜的像面上（焦平面），并形成二 维空间的光强分布（光学图像）。能够将二维光强分布的光学图像转变成一维时序电信号的传感器称为图像传感器。图像传感器输出的一维时序信号经过放大和同步控制处理后，送给图像显示器，可以还原并显示二维光学图像。当然，图像传感器与图像显示器之间的信号传输与接收都要遵守一定的规则，这个规则被称为制式。例如，广播电视系统中规定的规则称为电视制式（NTSC、PAL、SECAM），还有其他的一些专用制式。按电视制式输出的——维时序信号被称为视频信号；本节主要讨论从光学图像到视频信号的转换原理，即图像传感器的原理。

定义：成像物镜将外界照明光照射下的（或自身发光的）景物成像在物镜的像面上，形成二维空间的光强分布（光学图像）。能够将二维光强分布的光学图像转变成一维时序电信号的传感器称为图像传感器。

二、图像传感器的分类

图像传感器，是组成数字摄像头的重要组成部分。根据元件的不同，可分为CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合元件）和CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体元件）两大类。

1、CCD图像传感器






1969年，美国贝尔实验室的w.s.boyle与g.e.smith将可视电话和半导体泡存储技术结合，率先发明了CCD （charged coupled device，电荷耦合件）元件本身开始是被当作单纯的存储器使用 。由于它能存储并传输信号电荷，CCD还可以利用内光电效应来拍摄并存储图象，具备图像传感器的功能。

经过30多年研究与开发，CCD在像素集成度、分辨力、灵敏度，工作速度等指标上取得突破性进展，其应用正从一维、二维向三维发展，其光波范围从紫外区到红外区，CCD已成为光子探测及视频采集领域最重要的技术，普遍认为是20世纪70年代以来出现的最重要的半导体器件之一，得到了广泛应用。

如今CCD是应用在摄影摄像方面的高端技术元件，CMOS则应用于较低影像品质的产品中，它的优点是制造成本较CCD更低，功耗也低得多，这也是市场很多采用USB接口的产品无须外接电源且价格便宜的原因。尽管在技术上有较大的不同，但CCD和CMOS两者性能差距不是很大，只是CMOS摄像头对光源的要求要高一些，但现在该问题已经基本得到解决。目前CCD元件的尺寸多为1/3英寸或者1/4英寸，在相同的分辨率下，宜选择元件尺寸较大的为好。图像传感器又叫感光元件。

2、CCD图像传感器的优势

CCD作为固态图像传感器有体积小、重量轻、分辨率高、灵敏度高、动态范围宽、光敏元的几何精度高、光谱响应范围宽、工作电压低、功耗小、寿命长、抗震性和抗冲击性好、不受电磁场干扰和可靠性高等一系列优点。

具高敏感度，很低光度的入射光也能侦测到，其讯号不会被掩饰，使CCD的利用较不受天候拘谨。 静态范畴广（High Dynamic Range），同时侦测及辨别强光跟弱光，进步体系情况的应用范畴，不因亮度差别年夜而形成旌旗灯号反差景象。 精良的线性特征曲线（Linearity），入射光源强度跟输出讯号年夜小成精良的正比关联，物体资讯不致丧失，下降旌旗灯号弥补处置本钱。

3、CMOS图像传感器






与CCD有着同样历史渊源的CMOS图像传感器是一种典型的固体成像传感器，CMOS图像传感器通常由像敏单元阵列、行驱动器、列驱动器、时序控制逻辑、AD转换器、数据总线输出接口、控制接口等几部分组成，这几部分通常都被集成在同一块硅片上。其工作过程一般可分为复位、光电转换、积分、读出几部分。

在CMOS图像传感器芯片上还可以集成其他数字信号处理电路，如AD转换器、自动曝光量控制、非均匀补偿、白平衡处理、黑电平控制、伽玛校正等，为了进行快速计算甚至可以将具有可编程功能的DSP器件与CMOS器件集成在一起，从而组成单片数字相机及图像处理系统。

CMOS图像传感器于80年代发明以来，由于当时CMOS工艺制程的技术不高，以致于传感器在应用中的杂讯较大，商品化进程一直较慢。时至今日，CMOS传感器的应用范围也开始非常的广泛，包括数码相机 、PC Camera、影像电话、第三代手机、视讯会议、智能型保全系统、汽车倒车雷达、玩具，以及工业、医疗等用途。在低档产品方面，其画质质量已接近低档CCD的解析度，相关业者希望用CMOS器件取代CCD的努力正在逐渐明朗。CMOS传感器有可细分为：被动式像素传感器CMOS（Passive Pixel Sensor CMOS）与主动式像素传感器CMOS（Active Pixel Sensor CMOS）。

4、CMOS图像传感器的优势

CMOS传感器的最年夜上风，是它存在高度体系整合的前提。实践上，全部图像传感器所需的功效，比方垂直位移、程度位移暂存器、时序把持、CDS、ADC等， 都可放在集成在一颗晶片上， 乃至于全部的晶片包含后端晶片（Back-end Chip）、快闪影象体（Flash RAM）等也可整分解单晶片（SYSTEM-ON-CHIP），以到达下降整机出产本钱的目标。

5、CCD与CMOS图像传感器的区别

CCD和CMOS在制造上的主要区别是CCD是集成在半导体单晶材料上，而CMOS是集成在被称做金属氧化物的半导体材料上，工作原理没有本质的区别。 从制造工艺上说CCD制造工艺较复杂，只有少数几个厂商，如索尼、松下、夏普等掌握这种技术，因此CCD摄像机的价格会相对比较贵。事实上经过技术改造，目前CCD和高级CMOS的实际效果的差距已经非常小了。而且CMOS的制造成本和功耗都要低于CCD，所以很多低档摄像头生产厂商采用普通CMOS感光元件作为核心组件。

成像方面，在相同像素下CCD的成像通透性、明锐度都很好，色彩还原、曝光可以保证基本准确。而普通CMOS的产品往往通透性一般，对实物的色彩还原能力偏弱，曝光也都不太好，由于自身物理特性的原因，普通CMOS的成像质量和CCD还是有一定差距。但由于低廉的价格以及高度的整合性，因此在摄像头领域还是得到了广泛的应用。

在原理上，CMOS的信号是以点为单位的电荷信号，而CCD是以行为单位的电流信号，前者更为敏感，速度也更快，更为省电。现在高级的CMOS并不比一般CCD差，但是CMOS工艺还不是十分成熟，普通的CMOS一般分辨率较低而成像质量也较差。

目前，许多低档入门型的摄像机使用廉价的低档CMOS芯片，成像质量比较差。普及型、高级型及专业型摄像机使用不同档次的CCD，个别专业型或准专业型数码相机使用高级的CMOS芯片。代表成像技术未来发展的X3芯片实际也是一种CMOS芯片。

图像传感器又分为1/2“，1/3”，1/4“之分。1/2最好。目前以1/3和1/4为多。从产品的技术发展趋势看，无论是CCD还是CMOS，其体积小型化及高像素化仍是业界积极研发的目标。因为像素尺寸小则图像产品的分辨率越高、清晰度越好、体积越小，其应用面更广泛。
 
 
 
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传感器分类

通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。

常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟：

压敏/温敏/流体传感器——触觉

气敏传感器——嗅觉

光敏传感器——视觉

声敏传感器——听觉

化学传感器——味觉

2016年传感器主流类型及应用

1、温度传感器

简介：温度传感器在早期的手机中就已经出现，它可以检测手机电池和处理器温度变化情况。目前的智能手机中拥有更多的温度传感器，用于检测手机的工作情况，控制手机发热程度等。随着Windows 8、Android 4.0增加了对于温湿度传感器的API支持，相关的第三方应用开发者将可以在此基础上开发大量的应用软件。

应用场景：1、硬件监控 2、监测环境温湿度等

2、气压传感器

简介：在目前的中高端移动设备中均配备了气压传感器。这种气压传感器也分为两部分，一部分为外部气压传感器，另一部分为内部气压传感器。外部气压传感器就是检测我们生活场景中的大气压力，利用大气压的变化来检测我们所处的高度。当然这个也是作为位置传感器辅助存在的。除此之外如果经常户外的人肯定知道，利用气压降低和升高来确定短时间的天气变化。不过可惜，目前这种软件市场中还没有出现。

应用场景：1、户外运动高度测量 2、三防设备检测内部封闭程度等

 
 
3、重力感应器

简介：重力感应器开始的应用是在苹果iPhone手机上面，在此之前手机和平板就没有被配过此类的传感器。重力感应器当时最主要的应用就是方便用户切换手机横屏与竖屏，当年在后期重力感应器也被赋予了更多的功能与应用扩展。

应用场景：1、游戏与3D应用程序 2、拍照应用 3、惯性导航

 
 
4、角速度传感器（陀螺仪）

简介：陀螺仪又叫角速度传感器，不同于加速度计（G-sensor），它的测量物理量是偏转、倾斜时的转动角速度。在手机或平板上，仅用加速度计没办法测量或重构出完整的3D动作，是测不到转动的动作的。因此，加速度计（G-sensor）只能检测轴向的线性动作。但陀螺仪则可以对转动、偏转的动作做很好的测量。这样，就可以精确分析判断出使用者的实际动作，从而根据动作，对手机或平板做相应的操作。

应用场景：1、游戏与3D应用程序 2、拍照应用 3、惯性导航

 
 
5、位置传感器

简介：位置传感器最普通的理解就是GPS，说白了就是为我们提供位置服务，几百块钱的手机也有这种功能。其实，位置传感器的功能还远不止于此。

应用场景：1、地图定位 2、丢失设备寻找 3、查岗

 
 
6、近距离感应器

简介：近距离感应器主要作用是当用户在接电话时手机会自动关闭屏幕，除了能够节省不必要的电量浪费以外，还可以减少在接电话时的误操作。近距离感应器是原理就是近距离感应器发射一束红外光线，通过红外光线反射来测试物体之间的距离。不过，像手机中的距离感应器非常短只有几厘米而已。

应用场景：1、接听电话关闭屏幕 2、手机翻转挂断/接听等


 
 
7、光线感应器

简介：光线感应器也叫做亮度感应器，英文名称为Light-Sensor，很多平板电脑和手机都配备了该感应器。一般位于设备屏幕上方，它能根据手持设备目前所处的光线亮度，自动调节手持设备屏幕亮度，给使用者带来最佳的视觉效果。例如在黑暗的环境下，手持设备屏幕背光灯就会自动变暗，否则很刺眼。

应用场景：光线变化时屏幕亮度调节

 
 
8、NFC近场传感器

简介：近场通信（Near Field Communication，NFC），又称近距离无线通信，是一种短距离的高频无线通信技术，允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输（在十厘米内）交换数据。这个技术由免接触式射频识别（RFID）演变而来，并向下兼容RFID，最早由索尼和飞利浦各自开发成功，主要为手机、平板等手持设备提供M2M（Machine to Machine）的通信。

应用场景：1、快捷支付 2、标记信息快速获取 3、数据传输

 
 
9、磁力感应器

简介：手机与平板的磁力感应器一共有两种传感器，我们在这里把这两种磁力传感器归为一类来介绍。首先，地球磁力感应器也就是我们熟知的罗盘，可以确定东西南北作为定位辅助设备存在，也可以单独存在。在初次使用时，往往我们都会看到屏幕中提示要让我们手动将设备按照“倒八字”方向移动，以便让其中的传感器更加准确的对方位进行确定。

应用场景：1、指南针 2、锁屏等

 
 
10、超灵敏触控传感器

简介：超灵敏触控传感器主要作用是辅助电容屏触控使用。由于现在触摸屏手机与平板中的电容屏幕主要是依靠电压的变化，来检测手指在屏幕上的位置。而对于冬天带着手套的用户来说，电容屏就很难检测到细微的电压变化。这类超灵敏触控传感器可以检测到屏幕上的微小电流，使得用户带着手套也可以正常操作手机。

应用场景：1、户外运动高度测量 2、三防设备检测内部封闭程度等
 
 
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一、钢管的分类

1、按生产方法分类

（1）无缝钢管--热轧管、冷轧管、冷拔管、挤压管、顶管

（2）焊管

（a）按工艺分--电弧焊管、电阻焊管（高频、低频）、气焊管、炉焊管

（b）按焊缝分--直缝焊管、螺旋焊管






2、按断面形状分类

（1）简单断面钢管--圆形钢管、方形钢管、椭圆形钢管、三角形钢管、六角形钢管、菱形钢管、八角形钢管、半圆形钢圆、其他

（2）复杂断面钢管--不等边六角形钢管、五瓣梅花形钢管、双凸形钢管、双凹形钢管、瓜子形钢管、圆锥形钢管、波纹形钢管、表壳钢管、其他

3、按壁厚分类--薄壁钢管、厚壁钢管

4、按用途分类--管道用钢管、热工设备用钢管、机械工业用钢管、石油、地质钻探用钢管、容器钢管、化学工业用钢管、特殊用途钢管、其他






二、无缝钢管标准

  是一种具有中空截面、周边没有接缝的长条钢材。钢管具有中空截面，大量用作输送流体的管道，如输送石油、天然气、煤气、水及某些固体物料的管道等。钢管与圆钢等实心钢材相比，在抗弯抗扭强度相同时，重量较轻，是一种经济截面钢材，广泛用于制造结构件和机械零件，如石油钻杆、汽车传动轴、自行车架以及建筑施工中用的钢脚手架等。用钢管制造环形零件，可提高材料利用率，简化制造工序，节约材料和加工工时，如滚动轴承套圈、千斤顶套等，目前已广泛用钢管来制造。钢管还是各种常规武器不可缺少的材料，枪管、炮筒等都要钢管来制造。钢管按横截面积形状的不同可分为圆管和异型管。由于在周长相等的条件下，圆面积最大，用圆形管可以输送更多的流体。此外，圆环截面在承受内部或外部径向压力时，受力较均匀，因此，绝大多数钢管是圆管。

  但是，圆管也有一定的局限性，如在受平面弯曲的条件下，圆管就不如方、矩形管抗弯强度大，一些农机具骨架、钢木家具等就常用方、矩形管。根据不同用途还需有其他截面形状的异型钢管。

  1.结构用无缝钢管（GB/T8162-1999）是用于一般结构和机械结构的无缝钢管。

  2.流体输送用无缝钢管（GB/T8163-1999）是用于输送水、油、气等流体的一般无缝钢管。

  3.低中压锅炉用无缝钢管（GB3087-1999）是用于制造各种结构低中压锅炉过热蒸汽管、沸水管及机车锅炉用过热蒸汽管、大烟管、小烟管和拱砖管用的优质碳素结构钢热轧和冷拔（轧）无缝钢管。

  4.高压锅炉用无缝钢管（GB5310-1995）是用于制造高压及其以上压力的水管锅炉受热面用的优质碳素钢、合金钢和不锈耐热钢无缝钢管。

  5.化肥设备用高压无缝钢管（GB6479-2000）是适用于工作温度为-40~400℃、工作压力为10~30Ma的化工设备和管道的优质碳素结构钢和合金钢无缝钢管。

  6.石油裂化用无缝钢管（GB9948-88）是适用于石油精炼厂的炉管、热交换器和管道无缝钢管。

  7.地质钻探用钢管（YB235-70）是供地质部门进行岩心钻探使用的钢管，按用途可分为钻杆、钻铤、岩心管、套管和沉淀管等。

  8.金刚石岩芯钻探用无缝钢管（GB3423-82）是用于金刚石岩芯钻探的钻杆、岩心杆、套管的无缝钢管。

  9.石油钻探管（YB528-65）是用于石油钻探两端内加厚或外加厚的无缝钢管。钢管分车丝和不车丝两种，车丝管用接头联结，不车丝管用对焊的方法与工具接头联结。

  10.船舶用碳钢无缝钢管（GB5213-85）是制造船舶I级耐压管系、Ⅱ级耐压管系、锅炉及过热器用的碳素钢无缝钢管。碳素钢无缝钢管管壁工作温度不超过450℃，合金钢无缝钢管管壁工作温度超过450℃。

  11.汽车半轴套管用无缝钢管（GB3088-82）是制造汽车半轴套管及驱动桥桥壳轴管用的优质碳素结构钢和合金结构钢热轧无缝钢管。

  12.柴油机用高压油管（GB3093-2002）是制造柴油机喷射系统高压管用的冷拔无缝钢管。

  13.液压和气动缸筒用精密内径无缝钢管（GB8713-88）是制造液压和气动缸筒用的具有精密内径尺寸的冷拔或冷轧精密无缝钢管。

  14.冷拔或冷轧精密无缝钢管（GB3639-2000）是用于机械结构、液压设备的尺寸精度高和表面光洁度好的冷拔或冷轧精密无缝钢管。

选用精密无缝钢管制造机械结构或液压设备等，可以大大节约机械加工工时，提高材料利用率，同时有利于提高产品质量。

  15.结构用不锈钢无缝钢管（GB/T14975-2002）是广泛用于化工、石油、轻纺、医疗、食品、机械等工业的耐腐蚀管道和结构件及零件的不锈钢制成的热轧（挤、扩）和冷拔（轧）无缝钢管。

  16.流体输送用不锈钢无缝钢管（GB/T14976-2002）是用于输送流体的不锈钢制成的热轧（挤、扩）和冷拔（轧）无缝钢管。

  17.异型无缝钢管是除了圆管以外的其他截面形状的无缝钢管的总称。按钢管截面形状尺寸的不同又可分为等壁厚异型无缝钢管（代号为D）、不等壁厚异型无缝钢管（代号为BD）、变直径异型无缝钢管（代号为BJ）。异型无缝钢管广泛用于各种结构件、工具和机械零部件。和圆管相比，异型管一般都有较大的惯性矩和截面模数，有较大的抗弯抗扭能力，可以大大减轻结构重量，节约钢材。




三、焊接钢管标准

  焊接钢管也称焊管，是用钢板或钢带经过卷曲成型后焊接制成的钢管。焊接钢管生产工艺简单，生产效率高，品种规格多，设备资少，但一般强度低于无缝钢管。20世纪30年代以来，随着优质带钢连轧生产的迅速发展以及焊接和检验技术的进步，焊缝质量不断提高，焊接钢管的品种规格日益增多，并在越来越多的领域代替了无缝钢管。焊接钢管按焊缝的形式分为直缝焊管和螺旋焊管。

  直缝焊管生产工艺简单，生产效率高，成本低，发展较快。螺旋焊管的强度一般比直缝焊管高，能用较窄的坯料生产管径较大的焊管，还可以用同样宽度的坯料生产管径不同的焊管。但是与相同长度的直缝管相比，焊缝长度增加30~100%，而且生产速度较低。

因此，较小口径的焊管大都采用直缝焊，大口径焊管则大多采用螺旋焊。

  1.低压流体输送用焊接钢管（GB/T3092-1993）也称一般焊管，俗称黑管。是用于输送水、煤气、空气、油和取暖蒸汽等一般较低压力流体和其他用途的焊接钢管。钢管接壁厚分为普通钢管和加厚钢管；接管端形式分为不带螺纹钢管（光管）和带螺纹钢管。钢管的规格用公称口径（mm）表示，公称口径是内径的近似值。习惯上常用英寸表示，如11/2 等。低压流体输送用焊接钢管除直接用于输送流体外，还大量用作低压流体输送用镀锌焊接钢管的原管。

  2.低压流体输送用镀锌焊接钢管（GB/T3091-1993）也称镀锌电焊钢管，俗称白管。是用于输送水、煤气、空气油及取暖蒸汽、暖水等一般较低压力流体或其他用途的热浸镀锌焊接（炉焊或电焊）钢管。钢管接壁厚分为普通镀锌钢管和加厚镀锌钢管；接管端形式分为不带螺纹镀锌钢管和带螺纹镀锌钢管。钢管的规格用公称口径（mm）表示，公称口径是内径的近似值。习惯上常用英寸表示，如11/2 等。

  3.普通碳素钢电线套管（GB3640-88）是工业与民用建筑、安装机器设备等电气安装工程中用于保护电线的钢管。

  4.直缝电焊钢管（YB242-63）是焊缝与钢管纵向平行的钢管。通常分为公制电焊钢管、电焊薄壁管、变压器冷却油管等等。

  5.承压流体输送用螺旋缝埋弧焊钢管（SY5036-83）是以热轧钢带卷作管坯，经常温螺旋成型，用双面埋弧焊法焊接，用于承压流体输送的螺旋缝钢管。钢管承压能力强，焊接性能好，经过各种严格的科学检验和测试，使用安全可靠。钢管口径大，输送效率高，并可节约铺设管线的投资。主要用于输送石油、天然气的管线。

  6.承压流体输送用螺旋缝高频焊钢管（SY5038-83）是以热轧钢带卷作管坯，经常温螺旋成型，采用高频搭接焊法焊接的，用于承压流体输送的螺旋缝高频焊钢管。钢管承压能力强，塑性好，便于焊接和加工成型；经过各种严格和科学检验和测试，使用安全可靠，钢管口径大，输送效率高，并可节省铺设管线的投资。主要用于铺设输送石油、天然气等的管线。

  7.一般低压流体输送用螺旋缝埋弧焊钢管（SY5037-83）是以热轧钢带卷作管坯，经常温螺旋成型，采用双面自动埋弧焊或单面焊法制成的用于水、煤气、空气和蒸汽等一般低压流体输送用埋弧焊钢管。

  8.一般低压流体输送用螺旋缝高频焊钢管（SY5039-83）是以热轧钢带卷作管坯，经常温螺旋成型，采用高频搭接焊法焊接用于一般低压流体输送用螺旋缝高频焊钢管。

  9．桩用螺旋焊缝钢管（SY5040-83）是以热轧钢带卷作管坯，经常温螺旋成型，采用双面埋弧焊接或高频焊接制成的，用于土木建筑结构、码头、桥梁等基础桩用钢管。

四、钢塑复合管、大口径涂敷钢管

  钢塑复合管以热浸镀锌钢管作基体，经粉末熔融喷涂技术在内壁（需要时外壁亦可）涂敷塑料而成，性能优异。与镀锌管相比，具有抗腐蚀、不生锈、不积垢、光滑流畅、清洁无毒，使用寿命长等优点。
 
据测试，钢塑复合管的使用寿命为镀锌管的三倍以上。与塑料管相比，具有机械强度高，耐压、耐热性好等优点。由于基体是钢管，所以不存在脆化、老化问题。可广泛应用于自来水、煤气、化工产品等流体输送及取暖工程，是镀锌管的升级换代产品。由于其安装使用方法与传统的镀锌管基本相同，管件形式也完全相同，而且能代替铝塑复合管在大口径自来水输送上发挥作用，深受用户欢迎，已成为管道市场最具竞争力的新产品之一。

涂敷钢管是在大口径螺旋焊管和高频焊管基础上涂敷塑料而成，最大管口直径达1200mm，可根据不同的需要涂敷聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、环氧树脂（EPOZY）等各种不同性能的塑料涂层，附着力好，抗腐蚀性强，可耐强酸、强碱及其它化学腐蚀，无毒、不锈蚀、耐磨、耐冲击、耐渗透性强，管道表面光滑，不粘附任何物质，能降低输送时的阻力，提高流量及输送效率，减少输送压力损失。涂层中无溶剂，无可渗出物质，因而不会污染所输送的介质，从而保证流体的纯洁度和卫生性，在-40℃到+80℃范围可冷热循环交替使用，不老化、不龟裂，因而可以在寒冷地带等苛刻的环境下使用。

  大口径涂敷钢管广泛应用于自来水、天然气、石油、化工、医药、通讯、电力、海洋等工程领域。

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干货分享——生产设备分类